(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機と元押ジャッキとの間には滑材注入用の推進管と滑材注入用でない推進管とを配備し、滑材注入用の推進管のうち、掘進機後方で掘進機に最も近い滑材注入用の推進管を推力モニタジャッキ管として設け、さらにこれに続く滑材注入用の推進管のうちの所定の間隔を有する位置の推進管を推力モニタジャッキ管として設けてあり、元押ジャッキの圧力と各推力モニタジャッキ管のモニタジャッキの圧力とに基づく管外周面抵抗値から、掘進機から最も近い推力モニタジャッキ管の区間、各推力モニタジャッキ管の間の区間、および最後尾の推力モニタジャッキ管から元押ジャッキの区画のどの区間で推力が増大しているかを確認しながら、必要とする区間に滑材注入を行うようにしたことを特徴とする低推力システムによる推進装置。
【請求項２】
滑材注入用の推進管には滑材用注入孔と、これを開閉するための電動バルブを設けてあることを特徴とする請求項１記載の低推力システムによる推進装置。
【請求項３】
掘進機の後方で掘進機に最も近い推力モニタジャッキ管には複数の滑材用注入孔と、個々の注入孔を開閉できる電動バルブを設け、他の推力モニタジャッキ管および滑材注入用推進管には複数の滑材用注入孔と、これら注入孔に対して一括制御にて開閉できる電動バルブとをそれぞれ設けてあることを特徴とする請求項２記載の低推力システムによる推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低推力システムによる泥濃式等の推進装置に関し、より詳しくは泥濃式等の推進工法に使用され、長距離施工に対しても設備安価に対応できる推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
地下に下水道施設やケーブル埋設管等を構築する方法として、推進工法が知られている。推進工法とは、発進立坑より、シールド掘進機によって地中を横方向へ掘削していくと共に、発進立坑内に設けられた推進用の元押ジャッキにより、掘進機の後方に推進管を接続して推進させる工法をいう。
近年においては、住宅の密集化、立坑の築造にともなう地上交通の渋滞などにより、立坑数が少なくて済む長距離施工の需要が増加している。このような長距離施工に対しては、推進工法のうちの泥濃式工法が一般に多く用いられている。
【０００３】
泥濃式工法による推進装置では、テールボイド形成のための可塑剤注入機構を有するが、長距離施工によってテールボイドの劣化や破壊が発生し、推力が増大する。
そこで本発明においては、テールボイドの劣化抑制または再構築のために役立つ滑材の注入を行うのに好適な泥濃式等の推進装置を提供することを目的としている。より詳細には、本発明による推進装置の場合、管外周面抵抗値の大きさによってどれだけの滑材を注入するかというものではなく、元押ジャッキとモニタージャッキにより推進延長全線のなかで、どの区間で推力が増大しているかを管外周面抵抗値に基づき確認し、その区間に集中的に滑材を注入することによって推力を低減させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成できる泥濃式等の推進装置としては、請求項１に記載したように、掘進機と元押ジャッキとの間には滑材注入用の推進管と滑材注入用でない推進管とを配備し、滑材注入用の推進管のうち、掘進機後方で掘進機に最も近い滑材注入用の推進管を推力モニタジャッキ管として設け、さらにこれに続く滑材注入用の推進管のうちの所定の間隔を有する位置の推進管を推力モニタジャッキ管として設けてあり、元押ジャッキの圧力と各推力モニタジャッキ管のモニタジャッキの圧力とに基づく管外周面抵抗値から、掘進機から最も近い推力モニタジャッキ管の区間、各推力モニタジャッキ管の間の区間、および最後尾の推力モニタジャッキ管から元押ジャッキの区画のどの区間で推力が増大しているかを確認しながら、必要とする区間に滑材注入を行うようにしたことを特徴とするものである。
【０００５】
上記請求項１記載の本発明のように、元押ジャッキの圧力と、推力モニタジャッキ管におけるモニタジャッキの圧力のそれぞれに基づく管外周面抵抗値からどの区間（注入ブロック）で推力が増大しているかを確認しながら必要とする区間に滑材注入を行うことにより、滑材を推進管の外周部に対して常に均一適確に充填することができ、テールボイドの劣化抑制および再構築を簡単に行うことができ、低推力による長距離施工や複合曲線等の施工が行い易くなる。
【０００６】
次に、請求項１に従属する請求項２に記載した本発明は、滑材注入用の推進管には滑材用注入孔と、これを開閉するための電動バルブを設けてあることを特徴としているので、必要とする区間における滑材の注入が円滑に行われることになる。
【０００７】
さらに請求項１に記載した本発明では、掘進機後方で掘進機に最も近い滑材注入用の推進管を推力モニタジャッキ管として設け、さらにこれに続く滑材注入用の推進管のうちの所定の間隔を有する位置の推進管を推力モニタジャッキ管として設けているので、これら推力モニタジャッキ管のモニタジャッキの圧力に基づいてその区間の滑材注入の管理が良好に行えることになる。しかも推進管途中の推力モニタジャッキ管は、土質の急変および障害物発生等のトラブルによって高推力が必要な場合、または、急曲線・複合曲線施工等による推力の分散が必要な場合は、中押装置としての使用が可能である。
【０００８】
そして滑材用注入孔と、これを開閉する電動バルブに関しては、請求項２に従属する請求項３に記載したように、掘進機の後方で掘進機に最も近い推力モニタジャッキ管には複数の滑材用注入孔と、個々の注入孔を開閉できる電動バルブを設け、他の推力モニタジャッキ管および滑材注入用推進管には複数の滑材用注入孔と、これら注入孔に対して一括制御にて開閉できる電動バルブとをそれぞれ設けてあることを特徴としており、推進装置における滑材注入のための設備としてできるだけ簡素化をはかり、且つ滑材注入の適確性を損なわないようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次いで、本発明の実施態様について図を参照しながら以下に説明する。図１の（１）（２）は本発明に係る泥濃式推進装置において、後述する推力モニタジャッキ管の配置および滑材注入機構の概要図を示すものであり、図中の１は掘進機、２は発進立坑４側の元押しジャッキ、３は掘進機１と元押しジャッキ２との間に装備した滑材注入用の推進管であり、図１の（１）において滑材注入用の推進管３と推進管３との間には、滑材注入用ではない推進管が図示されずに省略されているもので、滑材注入用の推進管間の距離が例えば１００ｍの場合、十数本の滑材注入用でない推進管を有し、図示するのが省略されている。この距離と本数はあくまで一例である。そして発進立坑４から、順次横方向に推進管３を圧入していくことになる。なお、推進管の径は種々の管径のものを用いて実施できる。
【００１１】
そして、先頭の掘進機１の後方で掘進機に最も近い滑材注入用の推進管は推力モニタジャッキ管３１として構成されてあり、これに続く滑材注入用推進管３の途中の少なくとも１つは推力モニタジャッキ管３２として構成されている。
上記した推力モニタジャッキ管３１，３２および他の滑材注入用推進管３には、複数の滑材用注入孔３３が図では管周囲の４ヶ所に形成され、これを開閉するための電動バルブ５が設けられている。この電動バルブ５については、掘進機１の後方で掘進機に最も近く設けられた推力モニタジャッキ管３１では個々の滑材用注入孔３３を開閉できるように、個々の注入孔３３に対してそれぞれ電動バルブ５を連結しており、孔別単独注入による全方位注入が実現できるようになっている。他方、これに続く滑材注入用推進管のうち少なくとも１つとして設けられた推力モニタジャッキ管３２および他の滑材注入用推進管３には、複数の滑材用注入孔３３に対して一括制御にて開閉できる電動バルブ５を設けており、全方位同時注入を行えるようになっている。上記電動バルブ５にて滑材の注入量、注入圧、および注入時間等の制御が行える。
【００１２】
上記した元押しジャッキ２および推力モニタジャッキ管３１，３２によって推進管３を順次土中に圧入推進させる際の摩擦抵抗を軽減させるために、上記した滑材用注入孔３３から滑材を管外周と土壁との間に注入することになるが、滑材は地上設備となる滑材プラント７から配管６を通って各推進管に供給されるもので、供給および停止は電動バルブ５の開閉にて行われる。なお、滑材プラント７中の７１は滑材ストックタンク、７２はポンプ、７３はミキサー、７４は流量計を示している。
【００１３】
なお、泥濃式推進装置では、可塑剤注入機構として公知のごとく、地上設備の泥水プラント８から配管９を通って可塑剤を注入供給できるようになっている。
実施上、推力モニタジャッキ管３１，３２のモニタジャッキは、マシンオペレータまたは元押操作員によって遠隔操作されるようになっており、コンピュータ解析によって、元押しジャッキ２やモニタジャッキの圧力から区間ごとの管外周面抵抗値を表示確認しながら滑材注入の管理を行えるようにしている。推力モニタジャッキ管は推進距離が短い場合は単数箇所の設置で十分対応できる。推進距離が長くなるに応じて数を増加すればよい。モニタジャッキとしては、例えば使用荷重２０ｔ、重量１８ｋｇ程度の軽量なものが適し、この場合、反力保持機能を有していて、ジャッキを稼働させなくても推力が確認できるようにしてあるが、軽量でないものを用いる場合には、上記反力保持機能を具有しないものである。
【００１４】
掘進機１の後方で掘進機１に最も近く設けた推力モニタジャッキ管３１の滑材用注入孔３３からの滑材注入と、これに続く滑材注入用推進管３の滑材用注入孔３３からの滑材注入との何れかを推力に応じて自動選択できるようにしてあり、具体的には、例えば図１の（１）（２）は、No.１〜No.７の推進管（推力モニタジャッキ管３１，３２と他の滑材注入用推進管３を含む）と各注入孔３３を制御するための(1)〜(4)の個別制御による電動バルブ５と、(5)〜(10)のそれぞれ一括制御による電動バルブ５とを用いての制御例を以下に示す。
【００１５】
＜圧力設定方式＞
(1) 基本的に図中のNo.１注入ブロックでタイマー運転にて注入孔(1)→(2)→(3)→(4)→(1)と上限設定圧内にて順次注入を行う。
(2) 自動運転中にNo.２〜７の注入ブロックでテールボイド圧が下限以下になれば、No.１注入ブロックの注入を停止し、下限以下になった注入ブロックでの滑材注入を開始する。
(3) No.２〜７の注入ブロックが所定テールボイド圧に達すれば、No.２〜７の注入を止め、再びNo.１注入ブロックに戻りタイマー運転にて順次注入を行う。
【００１６】
＜時間設定方式＞
(1) No.２〜７注入ブロックの注入孔閉塞を防止するための設定で、タイマー運転により、注入ブロックNo.２〜７を上限設定圧力内にて順次注入を行う。
(2) この時、注入ブロックNo.１は稼働しないようになっている。
特に本発明においては、元押ジャッキの圧力と、推力モニタジャッキ管におけるモニタジャッキの圧力のそれぞれに基づく管外周面抵抗値からどの区間で推力が増大しているかを確認しながら必要とする区間に滑材注入を行えるようにしているものである。土質に応じた管外周面抵抗値の実績値より大きくなると、推力が増大していることになり、以下に管外周面抵抗値の計算例を示す。
【００１７】
＜ジャッキ油圧から管外周面抵抗値計算例(1)＞
（No.１モニタジャッキ）
計算条件
※推進管呼び径φ８００ｍ／ｍ（外径９６０ｍ／ｍ）とする。
※No.１モニタジャッキ設定箇所  掘進機先端から１００ｍ部分とする。
※モニタジャッキ１本当たり定格能力  ２００ｋＮ／５０ＭＰａとする。
※モニタジャッキ使用本数  １ヶ所当たり６本とする。
※先端抵抗力（掘進機全面抵抗）  ５０ｋＮとする。
［No.１モニタジャッキ（最前方部）の稼働圧力が２０ＭＰａの時の計算例］
ジャッキ１本当たりにかかっている推力は、
【００１８】
【数１】
0004535652.tif 000002
【００１９】
No.１モニタジャッキが負担している区間の推力（ジャッキ６本使用）は、
８０  ×  ６  ＝  ５４０（ｋＮ）
この区間推力には先端抵抗力が含まれているため、これを減じ、この区間の管外周抵抗力を求めると、
５４０  −  ５０  ＝  ４９０（ｋＮ）
この区間の管外周面積は、
０．９６π  ×  １００  ＝  ３０１．６（ｍ2）
これによりこの区間の１ｍ2当たりの管外周面抵抗値（Ｒ）は、
【００２０】
【数２】
0004535652.tif 000003
【００２１】
となる。
【００２２】
＜ジャッキ油圧から管外周面抵抗値計算例(2)＞
（No.２モニタジャッキ）
計算条件
※推進管呼び径φ８００ｍ／ｍ（外径９６０ｍ／ｍ）とする。
※No.２モニタジャッキ設定箇所  No.１モニタジャッキから２００ｍ部分とする。
※モニタジャッキ１本当たり定格能力  ２００ｋＮ／５０ＭＰａとする。
※モニタジャッキ使用本数  １ヶ所当たり６本とする。
［No.２モニタジャッキの稼働圧力が４５ＭＰａの時の計算例］
ジャッキ１本当たりにかかっている推力は、
【００２３】
【数３】
0004535652.tif 000004
【００２４】
No.２モニタジャッキが負担している区間の推力（ジャッキ６本使用）は、
１８０  ×  ６  ＝  １０８０（ｋＮ）
No.２モニタジャッキ以降は、先端抵抗力が含まれないため、この推力をこの区間の管外周抵抗力とする。
この区間の管外周面積は、
０．９６π  ×  ２００  ＝  ６０３．２（ｍ2）
これにより、この区間の１ｍ2当たりの管外周面抵抗値（Ｒ）は、
【００２５】
【数４】
0004535652.tif 000005
【００２６】
となる。
なお、  推力  ＝  管外周面抵抗値  ×  距離  であり、土質によって管外周面抵抗値は異なるものであり、以下に土質に対応した実績値を示す。
＜管外周面抵抗値  Ｒ＞
【００２７】
【表１】
0004535652.tif 000006
【００２８】
なお、管外周面抵抗値の実績値は、施工条件の変動によって変わるものである。上記数値は一例である。
以上説明したように、施工途中で推力が上昇した場合は、元押ジャッキと推力モニタジャッキ管によってどの区間で推力が増大しているかを確認し、その区間への重点的な滑材注入を行うことにより推力の低減を図る。また、土質の急変および障害物発生等のトラブルによって高推力が必要とされる場合は中押設備として使用する。
【００２９】
なお、上記実施態様は泥濃式推進工法に本発明推進装置を使用した場合を例示したが、本発明による推進装置を泥水加圧式の推進工法に使用してもよく、同様の実績効果が期待できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による低推力システムによる推進装置の使用によると、以下のような効果を奏する。
【００３１】
(1) 滑材を推進管の外周部に均一に充填することによりテールボイドの劣化抑制・再構築を行うことができ、低推力による長距離・複合曲線等の施工を可能とする。
(2) 実用本位の簡略な構造のため、操作性・経済性に優れている。
(3) コンピュータ解析により、元押ジャッキ、モニタジャッキの圧力から区間ごとの管外周面抵抗値を確認（理論値との比較）できるため、合理的な滑材注入による低推力施工を実現できる。
(4) 推力モニタジャッキ管により実質的な推力増強が図れるため、土質の急変や礫障害等に対応し易い。
(5) 推力モニタジャッキによって推力の分散が可能なため、急曲線・複合曲線施工に対して有効であり、管種の選定が必要最低ランクの管種ですむため、非常に経済的である。
(6) 泥濃式推進工法だけでなく、泥水加圧式の推進工法に対しても、本発明推進装置は活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（１）は装置の概要図、
（２）は推力モニタジャッキ管の配置と滑材用注入孔および電動バルブの配置を（１）に対応して示す概要図である。
【符号の説明】
１    掘進機
２    元押しジャッキ
３    滑材注入用推進管
３１，３２    推力モニタジャッキ管
３３  滑材用注入孔
４    発進立坑
５    電動バルブ
【図１】
0004535652.tif 000007